[发明专利]结构框架和太阳能收集器模块

说明书

背景技术

槽式太阳能收集器是用于聚光太阳能发电(CSP)厂的众所周知的收集器技术。如图1中所示，这种发电厂通常利用将入射的太阳辐射聚集在包含工作流体的管状管道上的、跟随太阳轨迹的大型聚焦反射器阵列。聚焦的辐射加热工作流体、例如油或者其它流体。加热的工作流体由管道输送至中央位置，在中央位置处，其积累的热能可以用于传统热力发动机中，例如产生驱动蜗轮来发电的蒸汽。在其它应用中，例如，在工作流体是用于家用或者商用的加热的水的情况下，加热的工作流体可以直接使用。在已经利用其热能之后，工作流体可以再循环通过收集器阵列从而再次进行加热。

收集器阵列可以很大、覆盖几平方千米并且包括上千个收集器模块，例如图1的示意图中所示出的模块101。图1中示出了若干模块，每个模块具有类似的构型。收集器的场或者阵列可以分成平行回路，使得在工作流体在由管道输运至中央位置之前不需要循环通过整个收集器场，而是例如在每个加热周期过程中穿过单行的几十个模块。回路的许多布置是可能的。每个模块通常包括由在反射器的背侧上(远离太阳)的框架或者桁架系统103支持的抛物线式反射器102。框架增加了模块的刚性。模块通常支撑在位于模块之间的塔架104上。

收集器模块通常分组成每个都成行地连接的若干相邻的模块的可旋转的太阳能收集器组件(SCAs)。即，SCA通常包括由以线性的布置的塔架支撑的若干收集器模块，使得每个SCA中的收集器模块能够绕纵向轴线旋转。为达到最佳收集效率，SCA中的所有模块优选地共同旋转从而在白天跟随太阳的轨迹。每个SCA可以由在SCA的中心附近、在SCA的端部处、或者在SCA内的另一位置处的驱动机构(未示出)移动。SCA中的收集器模块可以通过使用传统扭矩传输组件彼此耦接，传统扭矩传输组件包括中央扭矩元件(轴)从而使邻接的模块耦接。可替代地，相邻的模块可以在其边缘或者边沿附近耦接，使得扭矩主要通过作用在边沿和旋转轴线处的力偶、而不是通过中心轴的旋转而在模块之间进行传输。优选地，模块之间的耦接适合SCA的热膨胀和收缩。关于“边缘驱动”扭矩传输的系统和方法的更多描述可在2009年4月1日提交的标题为“槽式收集器模块的扭矩传输(Torque Transfer Between Trough Collector Modules)”的共同待审的美国专利申请12/416,536中找到，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文用于所有目的。

SCA模块传输来自至少两个不同来源的扭矩。第一，位于SCA的中央附近的驱动机构将扭矩直接施加至与驱动机构相邻的这些模块。对于SCA中的其它模块而言，扭矩从一个模块向另一个模块进行耦接使得SCA中的整组模块联合旋转。第二，模块阵列也承受风载荷，风载荷可将非常大的力和扭矩施加在阵列上。每个模块上的风载荷被传输至相邻的模块。产生的扭矩在SCA的端部模块处可能是最小的，但是可以通过在SCA行中的模块积累直到驱动机构必须抵抗许多模块的积累的扭转的风载荷。总施加的扭矩可以是成百上千牛米。为了保持阵列朝向太阳的适当瞄准，驱动机构必须能够抵抗并且克服由风载荷产生的扭矩，并且SCA必须足够硬使得没有模块从最佳瞄准大量偏斜而使其能量收集性能大幅降低。尽管扭矩在驱动机构附近最大，并且与驱动机构相邻的模块必须克服最大扭矩，但是偏斜可能从驱动机构向外积累，并且可能在距离驱动机构最远的SCA的端部处最大。

为了实现足够的硬度，框架或者桁架系统103应当设计成在可接受的小偏斜的情况下承受可预期的扭矩。另外，两个或者更多个光学精确装置例如SCA的模块的耦接需要组件以相对高精度地构成从而用于适当的能量收集。另外，需要每个模块重量轻，易于组装，并且成本低。在大部件中，这些相互竞争的设计目标——刚度、精度、轻质、易于组装、以及低成本——依赖于收集器模块的框架和桁架部分的设计。因此，需要在太阳能收集器模块中使用的改进的框架设计。

因为CSP系统的时间上的效率十分依赖于反射器能够暴露于日光下多少时间，因此CSP系统通常位于强日光区域中，这通常也是高温环境。这些环境通常是低成本的沙漠位置，其将大量日光与大量空间相结合从而安置收集太阳能的多个镜子。